CN114734034B - 一种粉末注射成型β型钛合金喂料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种粉末注射成型β型钛合金喂料的制备方法包括以下步骤：取Ti64钛合金粉末和钒粉、硬脂酸混合12h，得到Ti518粉末；取Ti518粉末于175℃加热10分钟，然后依次加入聚甲醛、润滑剂和抗氧剂，继续混炼30分钟，混炼过程使用氩气正压保护，压力1.2Mpa。本发明采用球化钛合金粉末添加金属钒粉混合的方式获得新的钛合金牌号，是目前唯一通过注射成型获得β型钛合金喂料的方法，填补了钛合金粉末注射成型的技术空白，扩大钛合金粉末注射成型的应用范围。

Description

一种粉末注射成型β型钛合金喂料的制备方法
技术领域
本发明涉及金属粉末注塑成型技术领域，尤其涉及一种粉末注射成型β型钛合金喂料的制备方法。
背景技术
钛合金具有密度低、生物相容性好、耐腐蚀性优良、耐磨性好以及比强度高的优点，是消费电子产品所青睐的金属材料之一。目前包括手环、智能手表、助听器等众多产品已经广泛采用钛合金来制作外壳和关键零部件。但钛合金存在热传导率低，加工硬化现象明显等问题，常规的机加工方法加工难度大、效率低并且加工设备昂贵。
目前国内钛及钛合金按照传统标准分类为TA型、TB型及TC型，TA系列代表α型钛合金；TB系列代表β型钛合金；TC系列代表α+β型钛合金。由于钛合金产品形状复杂、不规则结构较多，传统加工工艺受限于钛合金热传导率低，加工硬化现象明显等问题，产品合格率低且成本高昂。然而，这也促进了钛合金粉末注射成型工艺的发展，通过粉末注射成型工艺能够实现小/微型产品复杂结构的近净成型，得到传统加工方式不能实现的结构。
但钛合金注射成型技术应用时间还比较短，应用领域也比较狭窄，很多钛合金注射成型所需的粉末还无法直接生产，制约了钛合金注射成型的产业化进程。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种粉末注射成型β型钛合金喂料的制备方法。所述技术方案如下：
第一方面，提供一种粉末注射成型β型钛合金喂料的制备方法，包括以下步骤：
取Ti64钛合金粉末和钒粉、硬脂酸混合12h，得到Ti518钛合金粉末；
取所述Ti518钛合金粉末于175℃加热10分钟，然后依次加入聚甲醛、润滑剂和抗氧剂，继续混炼30分钟，得到β型钛合金喂料，混炼过程使用氩气正压保护，压力1.2Mpa。
进一步的，以质量百分比计，所述Ti518钛合金粉末为85-90％、聚甲醛为7-12％、润滑剂为1-3％、抗氧化剂为0.1-0.5％。
进一步的，以质量百分比计，所述Ti518钛合金粉末为88.7％、聚甲醛为10％、润滑剂为1％、抗氧化剂为0.3％。
进一步的，以质量比计，Ti64钛合金粉末:钒粉:硬脂酸＝750:128:1。
进一步的，所述聚甲醛为共聚型9520；所述润滑剂为润滑剂PW；所述抗氧化剂为巴斯夫B215。
进一步的，所述Ti64钛合金粉末D50为12-14微米；所述钒粉500目；所述硬脂酸粒径0.2-0.3毫米。
第二方面，提供一种粉末注射成型β型钛合金喂料，以质量百分比计，包括Ti518钛合金粉末85-90％、聚甲醛7-12％、润滑剂1-3％、抗氧化剂0.1-0.5％，其中，所述Ti518钛合金粉末以质量比计，包括Ti64钛合金粉末:钒粉:硬脂酸＝750:128:1。
进一步的，以质量百分比计，所述Ti518钛合金粉末为88.7％、聚甲醛为10％、润滑剂为1％、抗氧化剂为0.3％。
进一步的，所述β型钛合金喂料采用第一方面的方法制备得到。
第三方面，提供一种粉末注射成型β型钛合金的制备方法，包括以下步骤：
取上述第一方面的方法制备的β型钛合金喂料，注塑得到β型钛合金生坯；
将所述β型钛合金生坯在100℃、氮气流量5m3/h、酸量200ml/h的条件下脱脂；
将脱脂后的β型钛合金生坯在1250℃烧结120分钟，得到β型钛合金产品，烧结过程使用氩气保护，氩气分压30KPa。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明实施例中，取Ti64钛合金粉末和钒粉、硬脂酸混合12h，得到Ti518粉末；取Ti518粉末于175℃加热10分钟，然后依次加入聚甲醛、润滑剂和抗氧剂，继续混炼30分钟，混炼过程使用氩气正压保护，压力1.2Mpa。本发明采用球化钛合金粉末添加金属钒粉混合的方式获得新的钛合金牌号，是目前唯一通过注射成型获得β型钛合金喂料的方法，填补了钛合金粉末注射成型的技术空白，扩大钛合金粉末注射成型的应用范围。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中Ti64钛合金工件的金相图；
图2是本发明实施例中β型钛合金Ti518工件的金相图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
称取Ti64钛合金(Ti6Al4V)粉末12000g，D50＝12-14微米；金属钒粉2048g，500目；硬脂酸16g，粉末粒径0.2-0.3毫米。
将上述三种粉末装入混合桶内，充分混合12小时，得到Ti518粉末。
取混合好的Ti518粉末4250g加入混炼机的混炼腔内，于175℃加热10分钟，然后依次加入共聚型聚甲醛(9520)600g、润滑剂(PW)125g和巴斯夫(B215)25g，继续混炼30分钟，混炼过程向混炼腔中通入氩气正压保护，氩气压力1.2Mpa。混炼完成后切粒冷却，得到β型钛合金喂料Ti518(Ti5Al18V)。
实施例2
取实施例1中混合好的Ti518粉末4500g加入混炼机的混炼腔内，于175℃加热10分钟，然后依次加入共聚型聚甲醛(9520)400g、润滑剂(PW)95g和巴斯夫(B215)5g，继续混炼30分钟，混炼过程向混炼腔中通入氩气正压保护，氩气压力1.2Mpa。混炼完成后切粒冷却，得到β型钛合金喂料Ti518(Ti5Al18V)。
实施例3
取实施例1中混合好的Ti518粉末4435g加入混炼机的混炼腔内，于175℃加热10分钟，然后依次加入共聚型聚甲醛(9520)500g、润滑剂(PW)50g和巴斯夫(B215)15g，继续混炼30分钟，混炼过程向混炼腔中通入氩气正压保护，氩气压力1.2Mpa。混炼完成后切粒冷却，得到β型钛合金喂料Ti518(Ti5Al18V)。
取实施例1-3制得的β型钛合金喂料，分别注塑得到三组β型钛合金拉伸工件。
将β型钛合金拉伸工件摆放在高纯氧化锆陶瓷板上，再放入脱脂炉进行脱脂。设定脱脂温度100℃、氮气流量5m3/h、酸量200ml/h，脱脂完成后再将脱脂件放入烧结炉进行烧结。
烧结过程可以脱除残余粘结剂并且消除了粉末颗粒之间的孔隙，使得MIM产品达到近全致密化，钛合金的烧结需要较高的环境。使用高真空金属炉进行烧结，烧结温度1250℃，保温时间120分钟。烧结过程使用氩气保护并且采用30KPa分压防止过程金属蒸发，最后经过炉冷却获得β型钛合金Ti518工件。
取Ti64钛合金粉末，采用常规钛合金粉末注射成型工艺，制备得到Ti64钛合金工件作为对照。使用微机控制电子万能试验机对β型钛合金Ti518工件和Ti64钛合金工件进行标准力学性能拉伸测试，测试结果如表1所示。
表1两种钛合金工件性能
通过表1可以看出，本发明制得的β型钛合金Ti518工件，极限抗拉性和延伸率明显高于现有Ti64钛合金工件，同时还能够保持与Ti64钛合金工件相似的硬度；上屈服强度、断裂屈服强度和屈服强度Rp0.2虽然低于Ti64钛合金工件，但更有利于二次加工。
本发明制得的β型钛合金Ti518工件具有常规钛合金粉末注射成型难以达到的高极限抗拉性能；较低的屈服强度，有利于对工件进行冷加工；较高的延伸率表明其不易受应力断裂，能够满足较高的韧性要求，满足3C领域β钛合金使用要求。
对本发明制得的β型钛合金Ti518工件和现有的Ti64钛合金工件分别进行金相组织分析，结果图1和图2所示。图1中Ti64钛合金工件的金相组织中具有明显的篮网组织，属于典型的α+β型钛合金。图2中显示金相组织为等轴承β相，无α析出，表明Ti518工件为β型钛合金。
本发明通过调制Ti6Al4V粉末改变钒和铝的含量从而把α+β型钛合金转变为β型钛合金Ti5Al18V，再通过金属粉末注射成型工艺获得稳定β钛合金工件，填补了β型钛合金工件单一的加工方式，极大的降低了传统加工成本。
本发明所提出的粉末注射成型钛合金Ti518工件的制备，可在无β型钛合金粉末状态下用α+β进行独特调制，并且以金属注射成型方式最终获得满意的钛合金工件，达到所需的钛合金性能要求。本发明采用球化钛合金粉末添加金属钒粉混合的方式获得新的钛合金牌号，是目前唯一通过注射成型获得β型钛合金喂料的方法，填补了钛合金粉末注射成型的技术空白，扩大钛合金粉末注射成型的应用范围。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种粉末注射成型β型钛合金喂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
取Ti64钛合金粉末和钒粉、硬脂酸混合12h，得到Ti518钛合金粉末；
取所述Ti518钛合金粉末于175℃加热10分钟，然后依次加入聚甲醛、润滑剂和抗氧化剂，继续混炼30分钟，得到β型钛合金喂料，混炼过程使用氩气正压保护，压力1.2Mpa；
以质量百分比计，所述Ti518钛合金粉末为85-90％、聚甲醛为7-12％、润滑剂为1-3％、抗氧化剂为0.1-0.5％；
以质量比计，Ti64钛合金粉末:钒粉:硬脂酸＝750:128:1。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以质量百分比计，所述Ti518钛合金粉末为88.7％、聚甲醛为10％、润滑剂为1％、抗氧化剂为0.3％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚甲醛为共聚型9520；所述润滑剂为润滑剂PW；所述抗氧化剂为巴斯夫B215。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Ti64钛合金粉末D50为12-14微米；所述钒粉500目；所述硬脂酸粒径0.2-0.3毫米。
5.一种粉末注射成型β型钛合金喂料，其特征在于，以质量百分比计，包括Ti518钛合金粉末85-90％、聚甲醛7-12％、润滑剂1-3％、抗氧化剂0.1-0.5％，其中，所述Ti518钛合金粉末以质量比计，包括Ti64钛合金粉末:钒粉:硬脂酸＝750:128:1。
6.根据权利要求5所述β型钛合金喂料，其特征在于，以质量百分比计，所述Ti518钛合金粉末为88.7％、聚甲醛为10％、润滑剂为1％、抗氧化剂为0.3％。
7.根据权利要求5所述β型钛合金喂料，其特征在于，所述β型钛合金喂料采用如权利要求1-4任一项的方法制备得到。
8.一种粉末注射成型β型钛合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
取权利要求1-4任一项的方法制备的β型钛合金喂料，注塑得到β型钛合金生坯；
将所述β型钛合金生坯在100℃、氮气流量5m3/h、酸量200ml/h的条件下脱脂；
将脱脂后的β型钛合金生坯在1250℃烧结120分钟，得到β型钛合金产品，烧结过程使用氩气保护，氩气分压30KPa。
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